JPH07130372A - Solid polymer fuel cell electrode and method for producing the same - Google Patents
Solid polymer fuel cell electrode and method for producing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【構成】触媒粒子、高分子電解質及びPTFEの混合物
を用いる形式の固体高分子型燃料電池用電極において、
この電極の表面層の全面を高分子電解質でコ−ティング
する。
【効果】触媒粒子、高分子電解質及びPTFEの混合物
を用いる形式の固体高分子型燃料電池用電極において、
この電極の表面層の全面を高分子電解質でコ−ティング
することにより、その電極の特性を向上させ、これを用
いた電池の性能を大幅に改善することができる。
(57) [Summary] [Structure] An electrode for a polymer electrolyte fuel cell of a type using a mixture of catalyst particles, a polymer electrolyte and PTFE,
The entire surface layer of this electrode is coated with a polymer electrolyte. [Effect] In a solid polymer fuel cell electrode of a type using a mixture of catalyst particles, a polymer electrolyte and PTFE,
By coating the entire surface layer of the electrode with a polymer electrolyte, the characteristics of the electrode can be improved, and the performance of a battery using the same can be significantly improved.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子型燃料電池
用電極の製造方法に関し、より具体的には、固体高分子
型燃料電池用電極の製造方法において、その電極層表面
のガス拡散層の処理法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an electrode for a polymer electrolyte fuel cell, more specifically, a method for producing an electrode for a polymer electrolyte fuel cell, in which gas diffusion on the electrode layer surface is carried out. Concerning the treatment method of layers.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、イオン伝導体
すなわち電解質が固体で且つ高分子である点に特徴を有
するものであるが、その固体高分子電解質としては、具
体的にはイオン交換樹脂膜等が使用され、この高分子電
解質を挟んで負極及び正極の両電極を配置し、例えば負
極側に水素を、また正極側には酸素又は空気を供給する
ことにより電気化学反応を起こさせ、電気を発生させる
ものである。2. Description of the Related Art A polymer electrolyte fuel cell is characterized in that an ionic conductor, that is, an electrolyte, is a solid and a polymer. A resin film or the like is used, and both electrodes of the negative electrode and the positive electrode are arranged with the polymer electrolyte sandwiched therebetween. For example, hydrogen is supplied to the negative electrode side and oxygen or air is supplied to the positive electrode side to cause an electrochemical reaction. , To generate electricity.
【0003】その固体高分子電解質に接する負極及び正
極の両電極としては、その電極中に反応を促進させるた
めの触媒粒子が添加される形式のものが開発されてきて
いるが、このように電極中に触媒を添加、使用する形式
の電極の製造法についても、これまで種々のものが提案
されてきており、その一つの系統として、その触媒粒子
にさらにポリパ−フルオロエチレン(PTFE)を混合
する形式のものが知られている。As both the negative electrode and the positive electrode in contact with the solid polymer electrolyte, a type in which catalyst particles for promoting the reaction are added to the electrode has been developed. Various methods have been proposed so far for the method of manufacturing an electrode in which a catalyst is added and used, and as one system, the catalyst particles are further mixed with polyperfluoroethylene (PTFE). The form is known.
【0004】例えば、米国特許3297484号明細書
では、白金ブラック、パラジウムブラック等の触媒粒
子、或いはこれらを炭素粒子に担持させた触媒粒子をポ
リテトラフルオロエチレン(PTFE)と混合した混練
物を電極シ−トとし、これを高分子電解質としてのイオ
ン交換樹脂膜に熱圧着する方法が、また、米国特許34
32355号明細書では、その混練物を、別途PTFE
のフィルム上にスラリ−として塗布して電極シ−トと
し、これを高分子電解質としてのイオン交換樹脂膜に熱
圧着する方法が提案されている。For example, in US Pat. No. 3,297,484, catalyst particles such as platinum black and palladium black, or a kneaded product obtained by mixing catalyst particles in which these are supported on carbon particles with polytetrafluoroethylene (PTFE) is used as an electrode system. And a method of thermocompression-bonding this to an ion exchange resin membrane as a polymer electrolyte is also disclosed in US Pat.
In the specification of No. 32355, the kneaded product is separately treated with PTFE.
A method has been proposed in which the film is applied as a slurry to form an electrode sheet, and the electrode sheet is thermocompression bonded to an ion exchange resin membrane as a polymer electrolyte.
【0005】この技術において、触媒粒子にそのように
PTFEを混合するのは、主としてその電極シ−ト中で
触媒層を形成する触媒成分を結合、結着させるためのも
のであるが、このように高分子電解質と電極シ−トとを
ただ接合するだけでは、反応サイト(反応域)が両者間
の二次元的な界面に限られ、実質的な作用面積が小さ
い。In this technique, such mixing of PTFE with the catalyst particles is mainly for binding and binding the catalyst components forming the catalyst layer in the electrode sheet. If the polymer electrolyte and the electrode sheet are simply bonded to each other, the reaction site (reaction region) is limited to the two-dimensional interface between the two, and the substantial working area is small.
【0006】このため、これを改善する手法の一つとし
て、固体電解質としてのスチレン−ジビニルベンゼンス
ルホン酸樹脂膜に対し、触媒金属を担持したカ−ボン粉
末とスチレン−ジビニルスルホン酸樹脂粉末とポリスチ
レン結合剤との混合物からなる電子−イオン混合伝導体
層を接合することにより、電極材料と固体高分子電解質
との接点を多くし、反応サイトの三次元化を図ることが
提案されている。Therefore, as one of the techniques for improving this, a carbon powder carrying a catalyst metal, a styrene-divinyl sulfonic acid resin powder, and a polystyrene are added to a styrene-divinyl benzene sulfonic acid resin membrane as a solid electrolyte. It has been proposed that the electron-ion mixed conductor layer made of a mixture with a binder is bonded to increase the number of contacts between the electrode material and the solid polymer electrolyte, thereby achieving three-dimensional reaction sites.
【0007】電気化学、53、No.10(198
5)、第812〜817頁では、上記三次元化技術を紹
介し、そのようにスチレン−ジビニルベンゼン系のイオ
ン交換樹脂膜を電解質とした固体高分子型燃料電池にお
いては、電子−イオン混合伝導体層を設けたにしても、
取り出し得る電流密度が低い等の難点がある旨指摘した
上で、これに代わるパ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹
脂膜を使用する場合について、反応サイトを三次元化
し、作用面積を上げる試みが紹介されている。Electrochemistry, 53, No. 10 (198
5), pp. 812-817, introduces the above three-dimensionalization technology, and in such a polymer electrolyte fuel cell using a styrene-divinylbenzene-based ion exchange resin membrane as an electrolyte, electron-ion mixed conduction is used. Even with the body layer,
After pointing out that there are problems such as low current density that can be taken out, an attempt to increase the working area by introducing three-dimensional reaction sites was introduced in the case of using an alternative perfluorocarbon sulfonic acid resin film. ing.
【0008】これによれば、固体高分子電解質としてパ
−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂膜の一種であるNA
FION膜を使用し、このNAFION膜の片面に無電
解メッキ法(浸透法)により白金電極を接合して水素極
すなわちアノ−ド側電極とする一方、この電極の対極を
構成する酸素極すなわちカソ−ド側電極については、概
略、以下の工程により製作されている。According to this, NA, which is a kind of perfluorocarbon sulfonic acid resin membrane, is used as the solid polymer electrolyte.
A FION film is used, and a platinum electrode is bonded to one surface of the NAFION film by an electroless plating method (permeation method) to form a hydrogen electrode, that is, an anode side electrode. The negative electrode is manufactured by the following steps.
【0009】まず、酸素極用の電極触媒粉末として、白
金ブラック粉末又は10%の白金を担持したカ−ボン粉
末(以下、「白金担持カ−ボン粉末」という)を用い、
これにアンバ−ライトIR−120B(T−3)〔スチ
レン−ジビニルベンゼンスルホン酸樹脂、Na型、粒径
30μmの粉末、Organo社製、商品名)又はNA
FION−117(パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹
脂、H型、脂肪族アルコ−ルと水との混合溶媒中5%溶
液、Aldrich Chemical社製、商品名)
を、種々の混合比で混合する。First, as the electrode catalyst powder for the oxygen electrode, platinum black powder or carbon powder carrying 10% platinum (hereinafter referred to as "platinum-supporting carbon powder") is used.
Amberlite IR-120B (T-3) [styrene-divinylbenzenesulfonic acid resin, Na type, powder having a particle size of 30 μm, manufactured by Organo, trade name) or NA
FION-117 (perfluorocarbon sulfonic acid resin, H type, 5% solution in a mixed solvent of aliphatic alcohol and water, manufactured by Aldrich Chemical Company, trade name)
Are mixed in various mixing ratios.
【0010】次いで、上記各混合物に対し、PTFE
を、水懸濁液状で、白金ブラック粉末の場合は固形分重
量割合で30%、白金担持カ−ボン粉末の場合には同じ
く60%、添加し混練した後、この混練物を圧延してシ
−ト状とし、真空乾燥後、この酸素極シ−トを固体高分
子電解質としてのNAFION膜に対して温度100°
C、圧力210kg/cm2 でホットプレスする、とい
うものである。Then, for each of the above mixtures, PTFE was added.
Is added in the form of an aqueous suspension in the case of platinum black powder in a solid content weight ratio of 30%, and in the case of platinum-supporting carbon powder 60% in the same manner, and the mixture is kneaded. After being vacuum dried, the oxygen electrode sheet is heated at a temperature of 100 ° with respect to the NAFION membrane as a solid polymer electrolyte.
C, hot pressing is performed at a pressure of 210 kg / cm 2 .
【0011】これによれば、固体高分子電解質としての
NAFION膜に対し、これに一体に接合される酸素極
にイオン交換樹脂を混入することにより、電極反応サイ
トの三次元化を図り、これによって分極特性を著しく向
上させることができ、このイオン交換樹脂の混入による
効果は、特に白金担持カ−ボンを電極触媒とした場合に
大きい旨指摘されている。According to this, by mixing the ion exchange resin into the oxygen electrode integrally bonded to the NAFION membrane as the solid polymer electrolyte, the electrode reaction site is made three-dimensional, and thereby, It is pointed out that the polarization characteristics can be remarkably improved, and that the effect of mixing the ion exchange resin is particularly large when the platinum-supported carbon is used as the electrode catalyst.
【0012】そしてここでは、白金ブラック粉末又は白
金担持カ−ボン粉末からなる触媒粒子が、これに混入さ
れた高分子電解質によりコ−ティングされ、また上記
「白金ブラック粉末の場合は固形物重量割合で30%、
白金担持カ−ボン粉末の場合には同じく60%」の割合
で添加されたPTFEが、結着剤に相当している。In this case, catalyst particles composed of platinum black powder or platinum-supported carbon powder are coated with a polymer electrolyte mixed therein, and in the case of the above "platinum black powder, solid weight ratio. At 30%,
In the case of platinum-supporting carbon powder, PTFE added in the same proportion of 60% corresponds to the binder.
【0013】以上の技術では、その電極シ−トは、米国
特許3432355号明細書の場合を除き、何れもその
電極材料の混練物を圧延等によりシ−ト化することによ
り作製されているが、この電極シ−トの作製すなわちシ
−ト化の態様としては、その基材として別途多孔性のペ
−パ−又はシ−トを用い、これに触媒粒子等の触媒層形
成成分を担持させる形式で行う手法も行われている。In the above techniques, the electrode sheet is produced by sheeting the kneaded material of the electrode material by rolling or the like except the case of US Pat. No. 3,432,355. As a mode of producing this electrode sheet, that is, forming a sheet, a porous paper or sheet is separately used as a base material, and a catalyst layer forming component such as catalyst particles is supported on the porous paper or sheet. There is also a formal method.
【0014】この場合には、そのペ−パ−又はシ−トと
して、例えば所定の気孔率及び厚さを有するカ−ボンペ
−パ−を用い、これに対して、PTFE系のディスパ−
ジョンを含浸させた後、熱処理をし、この撥水化カ−ボ
ンペ−パ−上に、触媒粒子等の電極構成成分を付着、担
持させるものであるが、その一例として特公平4−16
2365号公報がある。In this case, as the paper or sheet, for example, a carbon paper having a predetermined porosity and thickness is used, while a PTFE-based disperser is used.
After impregnation with John, heat treatment is carried out to deposit and carry electrode constituent components such as catalyst particles on the water repellent carbon paper. One example thereof is Japanese Patent Publication No. 4-16.
There is 2365 publication.
【0015】この公報の技術は、電極シ−トを構成する
触媒層用微粉末として、白金触媒担持のカ−ボンブラッ
クと触媒無担持のカ−ボンブラックとの混合物を用いる
点に特徴を有するものであるが、そのシ−ト化用として
撥水化カ−ボンペ−パ−が使用され、触媒粒子を含む微
粉末の混合物は、この撥水化カ−ボンペ−パ−上へ散布
され、加熱下、プレスをすることによって付着されてお
り、また、ここでもこれら触媒粒子はイオン交換樹脂で
被覆され、PTFEで処理されている。The technique of this publication is characterized in that a mixture of carbon black supporting a platinum catalyst and carbon black not supporting a catalyst is used as the fine powder for the catalyst layer constituting the electrode sheet. However, a water-repellent carbon paper is used for the sheet formation, and a mixture of fine powder containing catalyst particles is sprayed on the water-repellent carbon paper. They are attached by pressing under heat and again, these catalyst particles are coated with an ion exchange resin and treated with PTFE.
【0016】本発明者は、返ってPTFEを用いること
なく、製造工程を簡略化し、その電池性能上も優れた固
体高分子型燃料電池用電極を製造する方法を別途開発
し、先に特許出願をしているが(特願平4−35805
8号、特願平4−358059号)、この場合にも、基
材シ−トとしてそのような撥水化カ−ボンペ−パ−を使
用する点では変わりはない。The present inventor has instead developed a method for simplifying the manufacturing process without using PTFE and manufacturing an electrode for a polymer electrolyte fuel cell excellent in cell performance, and applied for a patent in advance. (Japanese Patent Application No. 4-35805
No. 8, Japanese Patent Application No. 4-358059), and even in this case, there is no difference in using such a water repellent carbon paper as the base sheet.
【0017】上記技術では、溶媒中、触媒粒子としての
白金担持カ−ボンブラックと固体高分子電解質(イオン
交換樹脂)とをスラリ−とし、これを撥水化カ−ボンペ
−パ−上に膜状に塗布するか又は濾過形式で堆積、付着
させるものであるが、その後の研究成果によると、その
スラリ−中にPTFEをも添加、使用することも可能で
あり、さらに有効な効果が得られている。In the above technique, platinum-supported carbon black as catalyst particles and a solid polymer electrolyte (ion exchange resin) are used as a slurry in a solvent, and the slurry is formed on a water-repellent carbon paper. It is applied in the form of a powder or is deposited and adhered by a filtration method. According to the research results thereafter, it is possible to add and use PTFE in the slurry, and further effective effect can be obtained. ing.
【0018】このように、撥水化カ−ボンペ−パ−の使
用の有無を問わず、触媒粒子及びこれに混入された高分
子電解質からなる電極では、これを組み込んだ固体高分
子型燃料電池中、その触媒粒子が高分子電解質及びガス
相と共存しており、この三相界面をより多く確保するこ
とにより、電池の性能を向上させることができるが、こ
れにPTFEを添加した場合には、これが結着剤として
だけではなく、ガス相を確保する効果もある反面、非導
電性である面も持っている。As described above, regardless of whether or not the water repellent carbon paper is used, the solid polymer fuel cell in which the catalyst particles and the polymer electrolyte mixed with the catalyst particles are incorporated is used. Among them, the catalyst particles coexist with the polymer electrolyte and the gas phase, and it is possible to improve the performance of the battery by securing more three-phase interfaces, but when PTFE is added to this, However, not only as a binder, but also as an effect of securing a gas phase, it also has a non-conductive surface.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、そのガス
拡散層におけるそのような機能、作用を含め、その電極
の製造過程につき、さらに研究、検討を続けているう
ち、その触媒層面の全体を固体高分子電解質でコ−ティ
ングすることにより、この電極の特性を向上させ、これ
を組み込んだ燃料電池の性能を格段に向上させ得ること
を見い出し、本発明に到達するに至ったものである。The present inventor continues to research and study the manufacturing process of the electrode, including the function and action of the gas diffusion layer, and the whole surface of the catalyst layer. It has been found that the characteristics of this electrode can be improved by coating the solid polymer electrolyte with a solid polymer electrolyte, and the performance of a fuel cell incorporating the same can be markedly improved, and the present invention has been reached. .
【0020】すなわち、本発明は、触媒粒子、高分子電
解質及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の混
合物を用いる形式の固体高分子型燃料電池用電極の製造
法において、この電極の表面層の全面を固体高分子電解
質でコ−ティングする工程を付加することにより、この
工程を経て得られる電極の特性を向上させ、これを組み
込んだ電池の性能を格段に向上させることを目的とする
ものである。That is, the present invention is a method for producing an electrode for a polymer electrolyte fuel cell of the type using a mixture of catalyst particles, a polymer electrolyte and polytetrafluoroethylene (PTFE), and the entire surface layer of this electrode is It is intended to improve the characteristics of the electrode obtained through this step by adding the step of coating with a solid polymer electrolyte and to markedly improve the performance of a battery incorporating this.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】本発明は、触媒粒子、高
分子電解質及びPTFEの混合物を用いる形式の固体高
分子型燃料電池用電極において、この電極の表面層の全
面を固体高分子電解質によりコ−ティングしてなること
を特徴とする固体高分子型燃料電池用電極を提供するも
のである。The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell electrode of the type using a mixture of catalyst particles, a polymer electrolyte and PTFE, and the entire surface layer of the electrode is made of a solid polymer electrolyte. The present invention provides an electrode for a polymer electrolyte fuel cell, which is characterized by being coated.
【0022】また、本発明は、触媒粒子、高分子電解質
及びポリテトラフルオロエチレンの混合物を用いる形式
の固体高分子型燃料電池用電極の製造法において、この
電極の表面層の全面を固体高分子電解質でコ−ティング
する工程を付加することにを特徴とする固体高分子型燃
料電池用電極の製造法を提供する。Further, the present invention is a method for producing an electrode for a polymer electrolyte fuel cell of the type using a mixture of catalyst particles, a polymer electrolyte and polytetrafluoroethylene, wherein the entire surface layer of the electrode is a solid polymer. Provided is a method for producing an electrode for a polymer electrolyte fuel cell, which is characterized by adding a step of coating with an electrolyte.
【0023】この場合、そのコ−ティング用固体高分子
電解質としては、スチレン−ジビニルベンゼンスルホン
酸樹脂、パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂、等を使
用することができるが、特にその優れた特性からして、
例えばNAFION系等のパ−フルオロカ−ボンスルホ
ン酸樹脂を用いるのが有利である。In this case, styrene-divinylbenzene sulfonic acid resin, perfluorocarbon sulfonic acid resin, etc. can be used as the solid polymer electrolyte for coating. do it,
For example, it is advantageous to use a perfluorocarbon sulfonic acid resin such as NAFION.
【0024】また、その触媒粒子としては、白金ブラッ
ク粉末、白金合金粉末、白金担持カ−ボンブラック、パ
ラジウムブラック粉末等、従来公知の触媒を同じく公知
の形態でそのまま使用することができるが、前述電極反
応サイトの三次元化、或いはこの三相界面をより多く確
保する等の面からすると、これら粒子は、例えばパ−フ
ルオロカ−ボンスルホン酸樹脂系の固体高分子電解質に
よりコ−ティングしたものであるのが望ましい。As the catalyst particles, conventionally known catalysts such as platinum black powder, platinum alloy powder, platinum-supporting carbon black, and palladium black powder can be used as they are in the known form. From the viewpoint of making the electrode reaction site three-dimensional or securing more three-phase interfaces, these particles are coated with, for example, a perfluorocarbon sulfonic acid resin-based solid polymer electrolyte. It is desirable to have.
【0025】さらに、固体高分子型燃料電池用電極は、
電極シ−トとして適用されるのが通常であり、そのシ−
ト化としては、その触媒構成材料を電池本体としての
固体高分子電解質膜に付着させる、その触媒構成材料
を混練物として圧延等によりシ−ト化する、その懸濁
液を、基材シ−トとしての撥水化カ−ボンペ−パ−上に
付着させる、等各種態様で行われるが、本発明は、これ
らの何れの態様で得られたシ−トに対しても適用可能で
ある。Further, the solid polymer fuel cell electrode is
It is usually applied as an electrode sheet, and the sheet is
As the catalyst formation, the catalyst constituent material is adhered to the solid polymer electrolyte membrane as the battery body, the catalyst constituent material is kneaded into a sheet by rolling, etc. It is carried out in various modes such as being attached to a water repellent carbon paper as a sheet, but the present invention is applicable to the sheet obtained in any of these modes.
【0026】また、本発明は、これらのうち、触媒粒
子、電解質及びPTFEからなるその触媒構成材料の懸
濁液を、基材シ−トとしての撥水化カ−ボンペ−パ−上
に付着させる態様を採る場合に特に有利であり、この態
様自体が備える優れた利点に加え、本発明による効果を
さらに有効に得ることができる。この場合、そのペ−パ
−の撥水化剤としては、PTFE(テトラフルオロエチ
レン)系のものであるのが望ましい。ここで、PTFE
(テトラフルオロエチレン)系とは、テトラフルオロエ
チレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、その他そ
の共重合体等をも含む意味である。In the present invention, among these, a suspension of the catalyst constituent material consisting of catalyst particles, an electrolyte and PTFE is attached to a water repellent carbon paper as a base sheet. It is particularly advantageous in the case of adopting the mode that the above-mentioned is adopted, and in addition to the excellent advantages that this mode itself has, the effect of the present invention can be obtained more effectively. In this case, the water repellent agent for the paper is preferably a PTFE (tetrafluoroethylene) type. Where PTFE
The term “(tetrafluoroethylene) type” is meant to include a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer and other copolymers thereof.
【0027】[0027]
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
がこの実施例に限定されないことは勿論である。 まず、白金ブラックをカ−ボンブラック粒子に対し
て50重量%の割合で担持した触媒粒子を準備し、この
粒子に、全量に対して20重量%となる量のNAFIO
N−117(パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂、D
u Pont社製、商品名)のアルコ−ル溶液を加え、
均一に混合した。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below, but it goes without saying that the present invention is not limited to these examples. First, catalyst particles were prepared by supporting platinum black at a ratio of 50% by weight with respect to carbon black particles, and the amount of NAFIO was 20% by weight based on the total amount of the particles.
N-117 (perfluorocarbon sulfonic acid resin, D
u Pont, trade name) alcohol solution,
Mix evenly.
【0028】 次いで、この混合液から溶媒を除去し
たが、この操作は、その混合液収容容器の下部から温度
50゜C、真空中で、12時間加熱することにより実施
し、NAFION−117がコ−ティングされた触媒粒
子を得、これに蒸留水を加えて水性懸濁液とした。Next, the solvent was removed from this mixed solution, but this operation was carried out by heating from below the mixed solution container in a vacuum at a temperature of 50 ° C. for 12 hours. -Tited catalyst particles were obtained, to which distilled water was added to make an aqueous suspension.
【0029】 一方、気孔率80%、厚さ0.4mm
のカ−ボンペ−パ−にネオフロン(登録商標、ダイキン
工業社製、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプ
ロピレン共重合体)のディスパ−ジョンを含浸させた
後、熱処理を行い、ネオフロンで撥水化したカ−ボンペ
−パ−を得た。この場合、その量的割合は、ネオフロン
がその全体量中20重量%占めるよう調製した。On the other hand, the porosity is 80% and the thickness is 0.4 mm.
The carbon paper was impregnated with a dispersion of NEOFLON (registered trademark, manufactured by Daikin Industries, Ltd., tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer) and then heat-treated to make the water-repellent NEOFLON. -A bomber was obtained. In this case, the quantitative ratio was adjusted so that neofuron accounted for 20% by weight in the total amount.
【0030】 次に、上記で得た撥水化カ−ボンペ
−パ−上で、上記で得た触媒粒子の懸濁液を濾過し、
この撥水化カ−ボンペ−パ−上に各コ−ティング触媒粒
子を均一に堆積させた。その濾過操作は、この例の場
合、撥水化カ−ボンペ−パ−を多孔板上に載置し、その
上に上記懸濁液を注ぐ一方、下方を減圧して、溶媒のみ
を透過させる、いわゆるヌッツェ漏斗形式で実施した。Next, the suspension of the catalyst particles obtained above was filtered on the water repellent carbon paper obtained above.
Each coating catalyst particle was uniformly deposited on the water repellent carbon paper. In the case of this filtration operation, in the case of this example, a water-repellent carbon paper is placed on a perforated plate and the above suspension is poured on it while depressurizing the lower part to allow only the solvent to permeate. , The so-called Nutze funnel format.
【0031】この場合、その濾過操作は、そのようなヌ
ッツェ漏斗形式ではなく、揆水化カ−ボンペ−パ−上
に、その懸濁液を注ぎながら、その上方から加圧する形
式でも実施することができ、また、両手法を併用するこ
とも可能である。 上記撥水化カ−ボンペ−パ−上に堆積した層がすな
わち触媒層であるが、引続きその散布面に対し、本発明
に係る構成すなわち固体高分子電解質の一種としてNA
FION−117のアルコ−ル溶液を噴霧し、これを触
媒層に含浸させた後、温度80゜C、真空中で、12
時間加熱し、溶媒を蒸発、除去した。In this case, the filtration operation should be carried out not by such a Nutze funnel type but by a mode in which the suspension is poured onto a dewatering carbon paper while being pressurized from above. It is also possible to use both methods together. The layer deposited on the above water repellent carbon paper is the catalyst layer, and the composition of the present invention, that is, NA as a kind of solid polymer electrolyte, is continuously applied to the spray surface.
After spraying the alcohol solution of FION-117 and impregnating it with the catalyst layer, the temperature was raised to 80 ° C and the temperature was changed to 12%.
It was heated for hours and the solvent was evaporated off.
【0032】 比較例(従来例)として、以上〜
の工程のうち、の工程を実施しないで、すなわち、撥
水化カ−ボンペ−パ−上に堆積させた触媒層の面に対
し、NAFION−117(固体高分子電解質)のアル
コ−ル溶液を噴霧し、これを触媒層に含浸させる工程を
行わない点以外は、すべて同一にして電極シ−トを作製
し、比較例(従来例)用とした。As a comparative example (conventional example),
Of the above steps, step (3) is not carried out, that is, an alcohol solution of NAFION-117 (solid polymer electrolyte) is applied to the surface of the catalyst layer deposited on the water repellent carbon paper. An electrode sheet was prepared in the same manner except that the step of spraying and impregnating the catalyst layer with the catalyst layer was not performed, and the electrode sheet was used as a comparative example (conventional example).
【0033】以下、以上の諸工程〜及び比較例とし
てので作製した電極シ−トを使用し、これを固体高分
子電解質膜と一体化した後、固体高分子型燃料電池用と
してセットし、電池としての性能の変化等を測定、観察
した例を説明する。In the following, the electrode sheet prepared in the above steps to as a comparative example is used, and after being integrated with a solid polymer electrolyte membrane, it is set for a solid polymer fuel cell, and a battery is prepared. An example of measuring and observing a change in performance as described above will be described.
【0034】前述〜の工程により作製した電極シ−
トを用い、これを固体高分子電解質膜と組合せ、両者を
セットした。これは、以上で作製した2枚の電極シ−ト
の間に固体高分子電解質膜(NAFION−117膜)
を挟み、温度140°C、圧力100kgf/cm2 の
加圧下、60秒間プレスして作製し、これを供試用電池
とした。The electrode sheet produced by the above steps
Was used in combination with a solid polymer electrolyte membrane, and both were set. This is a solid polymer electrolyte membrane (NAFION-117 membrane) between the two electrode sheets prepared above.
It was made by pressing for 60 seconds under a pressure of 100 kgf / cm 2 at a temperature of 140 ° C., and this was used as a test battery.
【0035】また、上記で比較例用として作製した電
極シ−ト、すなわち、前述〜の工程のうちの工程
を実施しないで作製した電極シ−トを使用し、この2枚
のシ−ト間に固体高分子電解質膜(NAFION−11
7膜)を挟み、温度140°C、圧力100kgf/c
m2 の加圧下、60秒間プレスして作製し、これを比較
例用の供試電池とした。Further, the electrode sheet produced for the comparative example above, that is, the electrode sheet produced without carrying out the steps of the above-mentioned steps is used, and the sheet between the two sheets is used. Solid polymer electrolyte membrane (NAFION-11
7 film), temperature 140 ° C, pressure 100 kgf / c
It was produced by pressing under a pressure of m 2 for 60 seconds, and this was used as a test battery for a comparative example.
【0036】本実施例では、燃料として水素を使用し、
これをアノ−ド側に供給する一方、カソ−ド側には酸素
を供給した。この両ガスの供給圧力はともに2atmと
し、水素は75°Cで、酸素については25°Cで加湿
し、また電池の温度を60°Cに保って操作し、測定し
た。In this embodiment, hydrogen is used as the fuel,
While this was supplied to the anode side, oxygen was supplied to the cathode side. The supply pressures of both gases were both 2 atm, hydrogen was humidified at 75 ° C., oxygen was humidified at 25 ° C., and the temperature of the battery was maintained at 60 ° C. for measurement.
【0037】図1は、以上で各試電池について測定した
電流密度とセル電圧との関係を示したものである。これ
によれば、実施例では、その電圧は、比較例に比べて、
初期の段階から、0.8〜0.9V程度も高く、電流密
度が増加しても、ほぼ同じ傾向を示すことが分かる。こ
のように、本発明では、その電極の特性を向上させ、ま
たこれを用いた電池の性能を大幅に改善することができ
る。FIG. 1 shows the relationship between the cell density and the current density measured for each test battery as described above. According to this, in the example, the voltage is
From the initial stage, it is as high as 0.8 to 0.9 V, and it can be seen that even if the current density is increased, almost the same tendency is exhibited. As described above, in the present invention, the characteristics of the electrode can be improved, and the performance of the battery using the same can be significantly improved.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、触媒粒
子、高分子電解質及びPTFEの混合物を用いる形式の
固体高分子型燃料電池用電極において、この電極の表面
層の全面を固体高分子電解質でコ−ティングすることに
より、その電極の特性を向上させ、これを用いた電池の
性能を大幅に改善することができる。As described above, according to the present invention, in a solid polymer fuel cell electrode of a type using a mixture of catalyst particles, a polymer electrolyte and PTFE, the entire surface layer of the electrode is a solid polymer. By coating with an electrolyte, the characteristics of the electrode can be improved, and the performance of a battery using the same can be significantly improved.
【図1】実施例及び比較例で製作した各供試電池につい
て測定した電流密度とセル電圧との関係を示す図。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the measured current density and cell voltage of each of the test batteries manufactured in Examples and Comparative Examples.
Claims (6)
ルオロエチレンの混合物を用いる形式の固体高分子型燃
料電池用電極において、この電極の表面層の全面を高分
子電解質でコ−ティングしてなることを特徴とする固体
高分子型燃料電池用電極。1. A solid polymer fuel cell electrode of the type using a mixture of catalyst particles, a polymer electrolyte and polytetrafluoroethylene, wherein the entire surface layer of the electrode is coated with the polymer electrolyte. An electrode for a polymer electrolyte fuel cell, which is characterized in that:
化カ−ボンペ−パ−上に形成された表面層であることを
特徴とする請求項1記載の固体高分子型燃料電池用電
極。2. The solid polymer type of claim 1, wherein the surface layer of the electrode is a surface layer formed on a water repellent carbon paper as a base sheet. Electrodes for fuel cells.
ホン酸樹脂である請求項1〜2記載の高分子型燃料電池
用電極。3. The polymer fuel cell electrode according to claim 1, wherein the polymer electrolyte is a perfluorocarbon sulfonic acid resin.
ルオロエチレンの混合物を用いる形式の固体高分子型燃
料電池用電極の製造方法において、この電極の表面層の
全面を高分子電解質でコ−ティングすることを特徴とす
る固体高分子型燃料電池用電極の製造方法。4. A method for producing an electrode for a polymer electrolyte fuel cell of the type using a mixture of catalyst particles, a polymer electrolyte and polytetrafluoroethylene, wherein the entire surface layer of the electrode is coated with the polymer electrolyte. A method for producing an electrode for a polymer electrolyte fuel cell, comprising:
化カ−ボンペ−パ−上に形成された表面層であることを
特徴とする請求項4記載の固体高分子型燃料電池用電極
の製造法。5. The solid polymer type as claimed in claim 4, wherein the surface layer of the electrode is a surface layer formed on a water repellent carbon paper as a base sheet. Manufacturing method of fuel cell electrode.
ホン酸樹脂であることを特徴とする請求項4〜5記載の
固体高分子型燃料電池用電極の製造法。6. The method for producing an electrode for a polymer electrolyte fuel cell according to claim 4, wherein the polymer electrolyte is a perfluorocarbon sulfonic acid resin.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5297281A JPH07130372A (en) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | Solid polymer fuel cell electrode and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5297281A JPH07130372A (en) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | Solid polymer fuel cell electrode and method for producing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07130372A true JPH07130372A (en) | 1995-05-19 |
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ID=17844494
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP5297281A Pending JPH07130372A (en) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | Solid polymer fuel cell electrode and method for producing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07130372A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002027831A1 (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | Sony Corporation | Fuel cell and production method therefor |
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| JP2011187436A (en) * | 2010-03-10 | 2011-09-22 | Samsung Sdi Co Ltd | Membrane-electrode assembly for fuel cell, method of manufacturing the same, fuel cell system, and stack for fuel cell |
-
1993
- 1993-11-03 JP JP5297281A patent/JPH07130372A/en active Pending
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